SE512162C2

SE512162C2 - Mikrovågsvärmningsapparat

Info

Publication number: SE512162C2
Application number: SE9800857A
Authority: SE
Inventors: Per Olov Risman
Original assignee: Rubbright Group Inc
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2000-02-07
Also published as: CA2324155A1; BR9908773A; EP1064827A1; SE9800857L; WO1999048335A1; AU2967399A; SE9800857D0

Abstract

A microwave heating apparatus and a microwave heating system comprising a plurality of such apparatuses in a staggered configuration. Each apparatus comprises a so-called open-ended microwave waveguide applicator dimensioned and fed so as to support a dominating resonant quarterwave mode for a load having low effective relative permittivity.

Description

15 20 25 30 35 512 162 2 speciella hybridmoder, varvid oönskade moder undviks genom att de görs icke-resonanta. Alstrandet av en önsk- värd kombination av speciella hybridmoder under samtidig undertryckning av oönskade moder innebär ganska kompli- cerade krav på dimensionering och mikrovågsmatning. Special hybrid modes, in which case unwanted modes are avoided by making them non-resonant. Generating a desirable combination of special hybrid modes while simultaneously suppressing unwanted modes involves rather complicated dimensioning and microwave feeding requirements.

Upnfinninqens svfte Ehuru ovannämnda lösning är en förbättring kvarstår behovet av ytterligare förbättringar med avseende pà de problem som diskuterats ovan.SUMMARY OF THE INVENTION Although the above solution is an improvement, the need for further improvements with respect to the problems discussed above remains.

Sålunda är syftet med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en ytterligare förbättrad mikrovågsvärm- ningsapparat, och att därvid samtidigt ge förenklade krav med avseende på dimensioneringen av applikatorn och mat- ningen av mikrovågor in i denna.Thus, the object of the present invention is to provide a further improved microwave heating apparatus, and at the same time to provide simplified requirements with regard to the dimensioning of the applicator and the feeding of microwaves into it.

Sammanfattning av upnfinninqen Ovannnämnda syfte uppnås medelst en mikrovågsvärm- ningsapparat, ett mikrovågsvärmningssystem innefattande sådana apparater och användning av sàdana apparater som har de särdrag som definieras av bifogade patentkrav.SUMMARY OF THE INVENTION The above object is achieved by means of a microwave heating apparatus, a microwave heating system comprising such apparatus and the use of such apparatus having the features defined by the appended claims.

Uppfinningen är sålunda baserad på insikten att den mod som används i applikatorn skall vara en resonant kvartsvägsmod, då den effektiva relativa permittiviteten (här betecknat s) hos lasten är låg, typiskt lägre än omkring 40, d.v.s. modens vàgimpedans är högre i lasten än i applikatorutrymmet.The invention is thus based on the insight that the mode used in the applicator should be a resonant quartz mode, as the effective relative permittivity (herein referred to as s) of the load is low, typically lower than about 40, i.e. the mode road impedance is higher in the load than in the applicator compartment.

Följaktligen åstadkommes enligt en första aspekt av uppfinningen en mikrovågsvärmningsapparat med en våg- ledarapplikator dimensionerad för att kunna ha en reso- nant kvartsvägsmod då en last med lågt 8 värms.Accordingly, according to a first aspect of the invention, there is provided a microwave heating apparatus with a waveguide applicator dimensioned to have a resonant quartz mode when a load of low 8 is heated.

Enligt uppfinningen är det fördelaktigt att appli- katorn är dimensionerad för att kunna ha en så kallad Brewstermod då lastens s är högt, det vill säga typiskt över ungefär 40. Detta betyder att automatiskt en gradvis modövergàng sker, ehuru med bibehållande av samma hori- sontalindices, då under en värmningsprocess lastens s 10 15 20 25 30 35 512 162 3 ändras från högt till lågt eller vice versa. Ett typiskt exempel på detta är en torkningsprocess där lasten initialt är ganska våt, och sålunda har ett högt s, och slutar med att vara ganska torr, och sålunda har ett mycket lågt S. Detta innebär en avsevärd förbättring av verkningsgrad och flexibilitet, eftersom effektkopplingen och impedansanpassningen till mikrovàgsgeneratorn förblir väsentligen desamma under hela processen.According to the invention, it is advantageous that the applicator is dimensioned to be able to have a so-called Brewster mode when the load s is high, i.e. typically above about 40. This means that a gradual mode transition takes place automatically, although maintaining the same horizontal indices. , when during a heating process the load changes from high to low or vice versa. A typical example of this is a drying process where the load is initially quite wet, and thus has a high s, and ends up being quite dry, and thus has a very low S. This means a considerable improvement in efficiency and flexibility, since the power coupling and the impedance matching to the microwave generator remains substantially the same throughout the process.

Det har vidare överraskande befunnits att använd- ningen av en resonant kvartsvågsmod medför att värm- ningens effektivitet blir betydligt mindre känslig för höjden eller tjockleken hos lasten än i system enligt känd teknik, varvid även verkningsgraden och flexibili- teten hos mikrovågsvârmningsprocessen förbättras.It has also been surprisingly found that the use of a resonant quartz wave mode means that the heating efficiency becomes significantly less sensitive to the height or thickness of the load than in systems according to known technology, thereby also improving the efficiency and flexibility of the microwave heating process.

Det har också visat sig att mikrovågsläckaget ut från mikrovågsvärmningsapparaten blir mycket làgt trots resonansen hos kvartsvågsmoden, eftersom fältkomponenter- na hos moden vid applikatorns öppna ände blir sådana att ingen väsentlig Poyntingvektor ut från applikatorn upp- står. Dessutom kontrolleras de inducerade strömmarna i applikatorväggarna vid den öppna änden på ett gynnsamt sätt.It has also been found that the microwave leakage from the microwave heater becomes very low despite the resonance of the quarter mode, since the field components of the mode at the open end of the applicator become such that no significant Poynting vector emerges from the applicator. In addition, the induced currents in the applicator walls at the open end are controlled in a favorable manner.

Enligt uppfinningen föredras att applikatorn är dimensionerad och matad så att endast en dominerande mod kan uppstå. Det har överraskande befunnits att detta kan uppnås ganska enkelt genom att excitationen utförs så att oönskade moder elimineras, nämligen genom att en lämplig kopplingsslits placeras mitt i applikatorns slutna ände, varvid slitsen har en utsträckning som är parallell med en av applikatorns sidovåggar, företrädesvis parallell med kortsidan i applikatorns rektangulära tvärsnitt.According to the invention, it is preferred that the applicator is dimensioned and fed so that only a dominant mode can arise. It has surprisingly been found that this can be achieved quite simply by performing the excitation so as to eliminate unwanted modes, namely by placing a suitable coupling slot in the middle of the closed end of the applicator, the slot having an extension parallel to one of the applicator side walls, preferably parallel to the short side of the applicator's rectangular cross section.

För att en gynnsam kvartsvàgsresonans skall uppnås föredras en lång modvåglângd. Enligt ett föredraget sär- drag hos uppfinningen motsvarar sålunda applikatorns effektiva längsdimension (det vill säga i praktiken av- ståndet mellan applikatorns slutna ände och lasten) en kvarts modvàglängd. Det måste dock påpekas att sagda 512 162 10 15 20 25 30 35 4 längsdimension kan utökas med ett helt antal halva vàg- längder.In order to achieve a favorable quartz wave resonance, a long mode wavelength is preferred. Thus, according to a preferred feature of the invention, the effective longitudinal dimension of the applicator (i.e. in practice the distance between the closed end of the applicator and the load) corresponds to a quarter of a modal path length. It must be pointed out, however, that said longitudinal dimension can be extended by a whole number of half-lengths.

Det har befunnits vara att föredra att applikatorn dimensioneras för att kunna ha en dominerande värmnings- mod av typen TMWP Företrädesvis skall därvid m vara jämnt och n udda. Speciellt bör n vara lågt, företrädesvis 1.It has been found to be preferable that the applicator be dimensioned in order to have a dominant heating mode of the TMWP type. Preferably, m should be even and odd. In particular, n should be low, preferably 1.

Det har befunnits att en särskilt gynnsam mod är TMÜ.It has been found that a particularly favorable mode is TMÜ.

Under förutsättning att applikatorns tvärsnitt är rektangulärt och har en modtyp enligt ovan, har det befunnits fördelaktigt att ha en kopplingslits av ovan nämnt slag parallell med tvärsektionens kortsida och dessutom parallell med lastens transportriktning förbi applikatorns öppna ände, eftersom då förekommande mikro- vàgsläckage blir svagare i denna riktning än i riktningen vinkelrätt däremot. Det läckande fältet i den senare riktningen kan tas om hand av anordningar för ytterligare innestângning eller av tunnelns sidoväggar.Provided that the cross section of the applicator is rectangular and has a counter type as above, it has been found advantageous to have a coupling slot of the above-mentioned type parallel to the short side of the cross section and also parallel to the load direction of the load past the open end of the applicator. this direction than in the direction perpendicular to it. The leaking field in the latter direction can be taken care of by devices for further confinement or by the side walls of the tunnel.

Enligt andra aspekt av uppfinningen àstadkommes ett mikrovàgsvärmningssystem som innefattar ett antal mikro- vágsvärmningsapparater av ovannämnda slag, inbördes sick- sackförskjutna i åtminstone en rad så att en last som för vàrmning passerar sagda apparater utsätts för en mycket jämn värmning. Det är fördelaktigt att sicksackförskjut- ningen mellan apparaterna i raden är ungefär en kvarts fri mikrovàglängd för applikatormoden, sä att längs raden en kallfläck i värmningsmönstret hos en apparat i raden följs av en varmfläck i värmningsmönstret hos den följan- de apparaten i raden. Sàlunda kommer lasten som passerar apparaterna att bli jämnt värmd. Det inses att sicksack- avståndet kan vara tvärsförskjutningen mellan tvà när- liggande apparater i raden.According to the second aspect of the invention, there is provided a microwave heating system comprising a number of microwave heaters of the above-mentioned types, mutually zigzagged in at least one row so that a load passing for said appliances is subjected to a very even heating. It is advantageous that the zigzag displacement between the devices in the row is about a quarter free microwave length for the applicator mode, so that along the row a cold spot in the heating pattern of an apparatus in the row is followed by a hot spot in the heating pattern of the next apparatus in the row. Thus, the load passing through the appliances will be evenly heated. It will be appreciated that the zigzag distance may be the transverse displacement between two adjacent devices in the row.

En tredje aspekt av uppfinningen innebär användning av en dominerande resonant kvartsvàgsmod i en vàgledar- applikator med öppen ände för värmning av en last vid applikatorns öppna ände.A third aspect of the invention involves the use of a dominant resonant quartz wave mode in an open end waveguide applicator for heating a load at the open end of the applicator.

Slutligen innebär en fjärde aspekt av uppfinningen användning av en dominerande kvartsvàgsmod/Brewstermod i lO 15 20 25 30 35 512 162 5 en vägledarapplikator med öppen ände för värmning av en last vid applikatorns öppna ände, varvid den dominerande moden är en resonant kvartsvàgsmod dà den effektiva rela- tiva permittiviteten 6 hos lasten är låg och en Brewster- mod dà den effektiva relativa permittiviteten a hos lasten är hög.Finally, a fourth aspect of the invention involves the use of a dominant quartz wave mode / Brewster mode in an open end guide applicator for heating a load at the open end of the applicator, the dominant mode being a resonant quartz wave mode then the effective relative permittivity 6 of the load is low and a Brewster mode when the effective relative permittivity a of the load is high.

Uppfinningen förstås bättre vid läsning av följande beskrivning av icke begränsande utföringsexempel med hän- visning till bifogade ritningar.The invention will be better understood upon reading the following description of non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings.

Kort beskrivninq av ritninqarna Figur l är en schematisk planvy av en utföringsform av en mikrovàgsvärmningsapparat enligt uppfinningen.Brief Description of the Drawings Figure 1 is a schematic plan view of an embodiment of a microwave heating apparatus according to the invention.

Figur 2 är en schematisk tvärsnittsvy av apparaten i figur l, längs linjen II-II i denna.Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the apparatus of Figure 1, taken along line II-II thereof.

Figur 3 är en schematisk planvy av en utföringsform av ett mikrovàgsvärmningssystem innefattande flera mikro- vàgsvärmningsapparater av det slag som visas i figurerena l och 2, med delar av mikrovàgsmatningsanordningarna för tydlighets skull borttagna.Figure 3 is a schematic plan view of an embodiment of a microwave heating system comprising several microwave heaters of the type shown in Figures 1 and 2, with parts of the microwave feeding devices removed for clarity.

Figur 4 är en schematisk tvärsektionsvy av systemet i figur 3, längs linjen IV-IV i denna.Figure 4 is a schematic cross-sectional view of the system of Figure 3, taken along line IV-IV thereof.

Beskrivning av utföringgformer I figurerna 1 och 2 visas schematiskt en utförings- form av en mikrovàgsvärmningsapparat för industriell användning enligt uppfinningen. Den visade apparaten innefattar en metallisk vágledarapplikator l med rek- tangulärt horisontellt tvärsnitt och en vertikal utbred- ningsriktning hos de mikrovàgor som exciteras i den. Den övre horisontella änden 3 hos applikatorn är sluten. En rektangulär kopplingsslits 5 är belägen mitt i applika- torns slutna ände 3, varvid slitsens 5 utsträckning är parallell med kortsidan av det rektangulära tvärsnittet hos applikatorn. Kopplingsslitsen matas fràn en vertikalt placerad vanlig rektangulär TEN-vàgledare 7, vars övre ände är ansluten till en mikrovägskälla 8, vars antenn 9 512 162 10 15 20 25 30 35 6 matar vågledaren 7. Mikrovågskällan 8 är monterad på vågledaren. För anpassning till kopplingsslitsen 5 har vågledaren 7 avtagande inre höjd (det så kallade b- måttet) i sin änddel, så att den vid slitsen blir den- samma som slitsens bredd. Detta utföringssätt av mikro- vågsmatningen är av allmänt konventionellt slag och beskrivs därför inte mer i detalj.Description of embodiments Figures 1 and 2 schematically show an embodiment of a microwave heating apparatus for industrial use according to the invention. The apparatus shown comprises a metallic waveguide applicator 1 with a rectangular horizontal cross-section and a vertical propagation direction of the microwaves excited in it. The upper horizontal end 3 of the applicator is closed. A rectangular coupling slot 5 is located in the middle of the closed end 3 of the applicator, the extent of the slot 5 being parallel to the short side of the rectangular cross section of the applicator. The coupling slot is fed from a vertically placed ordinary rectangular TEN waveguide 7, the upper end of which is connected to a microwave source 8, whose antenna 9 feeds the waveguide 7. The microwave source 8 is mounted on the waveguide. To adapt to the coupling slot 5, the waveguide 7 has a decreasing internal height (the so-called b-dimension) in its end part, so that at the slot it becomes the same as the width of the slot. This embodiment of the microwave supply is of a generally conventional type and is therefore not described in more detail.

Den motsatta änden 11 hos applikatorn är horisontell och öppen och samverkar med ett metallplan eller en metallplåt 13 som är parallell med och på visst avstånd fràn änden 11, så att ett tunnelliknande utrymme 15 för lasten uppstår däremellan. Kortsidorna 16 och 17 hos applikatorn 1 sträcker sig nedåt och är anslutna till plåten 13, så att utrymmet för lasten därigenom avgränsas på två motsatta sidor, närmare bestämt de sidor som mot- svarar kortsidorna hos applikatorns tvärsnitt. Det inses att det sålunda uppstår två motsatta slitsliknande öpp- ningar vid de två andra sidorna av kombinationen av applikatorn 1 och plåten 13 och att dessa öppningar ger tillträde till lastutrymmet 15.The opposite end 11 of the applicator is horizontal and open and cooperates with a metal plane or a metal plate 13 which is parallel to and at a certain distance from the end 11, so that a tunnel-like space 15 for the load arises between them. The short sides 16 and 17 of the applicator 1 extend downwards and are connected to the plate 13, so that the space for the load is thereby delimited on two opposite sides, more specifically the sides corresponding to the short sides of the cross section of the applicator. It will be appreciated that two opposite slot-like openings thus occur at the other two sides of the combination of the applicator 1 and the plate 13 and that these openings provide access to the cargo space 15.

Vidare är de respektive nedre delarna av applikator- sidoväggarna 19 och 20 på nämnda två andra sidor försedda med utåtgående metallflänsar 21 respektive 22, d.v.s. parallellt med plåten 13. Sådana flänsar bidrar till att minska mikrovàgsläckaget ut från apparaten.Furthermore, the respective lower parts of the applicator side walls 19 and 20 on said two other sides are provided with outwardly extending metal flanges 21 and 22, respectively. parallel to the plate 13. Such flanges help to reduce the microwave leakage out of the appliance.

En mikrovågsgenomsläpplig lasttransportör, lämpligen i form av en bandtransportör, går genom det tunnellik- nande utrymmet 15 och uppbär därvid laster 25 vilka upp- värms av mikrovågorna som genom applikatorn utbreder sig till dessa från kopplingsslitsen 5. Typiskt kan dessa laster 25 vara våta föremål och avsikten med mikrovågs- värmningen vara att torka dem.A microwave permeable load conveyor, suitably in the form of a belt conveyor, passes through the tunnel-like space 15 and thereby carries loads 25 which are heated by the microwaves which extend through them by the applicator from the coupling slot 5. Typically these loads 25 can be wet objects and the purpose of the microwave heating is to dry them.

Som framgår av figur 1 är rörelseriktningen hos lasterna genom utrymmet 15, såsom utmärkts med pilarna 27, parallell med längsriktningen hos kopplingsslitsen 5 och sålunda parallell med applikatorns kortsidor. 10 l5 20 25 30 35 512 162 7 Applikatorn 1 är dimensionerad och matad av kopp- lingslitsen 5 i sin slutna ände så att endast en domi- nerande mod uppstår, vilken är en resonant kvartsvågsmod då den effektiva relativa permittiviteten s hos lasten i utrymmet 15 är låg och en Brewstermod då sagda s är högt, varvid en automatisk ändring sker av moden beroende på lastens aktuella e. Företrädesvis är moden i lasten gene- rellt av TM-typ.As can be seen from Figure 1, the direction of movement of the loads through the space 15, as marked by the arrows 27, is parallel to the longitudinal direction of the coupling slot 5 and thus parallel to the short sides of the applicator. The applicator 1 is dimensioned and fed by the coupling slot 5 at its closed end so that only a dominant mode arises, which is a resonant quartz wave mode when the effective relative permittivity s of the load in the space 15 is low and a Brewster mode when said s is high, whereby an automatic change of the mode takes place depending on the current e of the load. Preferably, the mode in the load is generally of the TM type.

Den effektiva vertikala längden eller höjden hos applikatorn är avståndet mellan dess slutna ände 3 och lasten 25 och är företrädesvis en fjärdedel av applika- tormodens våglängd. Detta betyder att det blir en lång vertikal våglängd, vilket medför en endast liten känslig- het för variationer hos lasthöjden. Vidare kommer de fältkomponenter som skulle kunna åstadkomma mikrovågs- läckage att bli jämförelsevis svaga över hela höjden hos lastutrymmet, det vill säga tunnelöppningen.The effective vertical length or height of the applicator is the distance between its closed end 3 and the load 25 and is preferably a quarter of the wavelength of the applicator mode. This means that there will be a long vertical wavelength, which results in only a small sensitivity to variations in the load height. Furthermore, the field components that could cause microwave leakage will be comparatively weak over the entire height of the cargo space, ie the tunnel opening.

Som en följd av kvartsvågsresonansen och att moden generellt är av TM-typ kommer den stående vågen av verti- kalriktat E-fält att vara minimum vid lasten. Ãven den stående vågen av horisontalriktade H-fältskomponenter kommer att vara minimum vid lasten, varför ingen Poyntingvektor med nämnvärd amplitud uppstår som skulle kunna ge mikrovågsläckage till området utanför. I motsats därtill blir de fältkomponenter som ger värmning i lasten avsevärda.As a result of the quarter-wave resonance and the fact that the mode is generally of the TM type, the standing wave of vertical E-field will be the minimum at the load. The standing wave of horizontally directed H-field components will also be the minimum at the load, so no Poynting vector with appreciable amplitude occurs that could give microwave leakage to the area outside. In contrast, the field components that provide heating in the load become considerable.

Vad gäller de horisontella H-fälten har det befun- nits gynnsamt att deras »fältslingor» har en avsevärd »ellipticitet» (se figur 3 som beskrivs nedan), varigenom excitationen av den önskvärda moden blir starkare. Så- lunda föredras utsträckta H-fâltsellipser med en stor- axelriktning företrädesvis parallell med kopplings- slitsens utsträckning. Dessutom bör sagda riktning vara parallell med rörelseriktningen hos lasten genom det tunnelliknande utrymmet. Resultatet blir då att de fält- komponenter vid applikatorns öppna ände som skulle kunna ge läckage blir de svagare, medan de starkare komponen- 10 15 20 25 30 35 512 162 8 terna kommer att »läcka» mot de avgränsande sidoväggs- förlångningarna, så att inga problem uppstår.With regard to the horizontal H-fields, it has been found favorable that their «field loops» have a considerable «ellipticity» (see Figure 3 as described below), whereby the excitation of the desired mode becomes stronger. Thus, extended H-field ellipses with a major axis direction are preferably preferred, parallel to the extent of the coupling slot. In addition, said direction should be parallel to the direction of movement of the load through the tunnel-like space. The result will then be that the field components at the open end of the applicator which could cause leakage will be weaker, while the stronger components will "leak" towards the delimiting side wall extensions, so that no problems arise.

Med en given mikrovågsfrekvens på 2,46 GHz kan följande data på en föredragen mikrovågsvärmningsapparat ges: Modtyp: TMÜ Effektiv höjd: omkring 180 till 200 mm Första tvärsnittsdimension: omkring 375 till 380 mm Andra tvärsnittsdimension: omkring 300 mm Kopplingsslitsens bredd: omkring 18 mm Kopplingsslitsens längd: omkring 72 mm En föredragen utföringsform är att den matande våg- (a) längden hos slitsen 5. Detta medför en minskning av de ledaren 7 har ett breddmàtt som är detsamma som eljest starka strömmarna i vågledarbländaren som uppstår.With a given microwave frequency of 2.46 GHz, the following data can be given on a preferred microwave heater: Mode: TMÜ Effective height: about 180 to 200 mm First cross-sectional dimension: about 375 to 380 mm Second cross-sectional dimension: about 300 mm Coupling slot width: about 18 mm length: about 72 mm A preferred embodiment is that the supply wave (a) length of the slot 5. This results in a reduction of the conductor 7 having a width dimension which is the same as the otherwise strong currents in the waveguide diaphragm which occur.

En minskning av strömkoncentrationerna är fördelaktig med hänsyn till den klart låga vågimpedansen hos den reso- nanta kvartsvågsmoden.A reduction of the current concentrations is advantageous in view of the clearly low wave impedance of the resonant quartz wave mode.

Enligt uppfinningen föredras att anordna ett flertal mikrovågsvärmningsapparater av beskrivet slag så att ett mikrovågsvårmningssystem uppstår, i vilket flera laster kan behandlas samtidigt och där effektiv och jämn värm- ning kan erhållas även då lastens 8 varierar under värm- ningsprocessen. Ett sådant system visas schematiskt i figurerna 3 och 4, där av tydlighetsskäl mikrovågs- genererings- och matningsanordningarna utelämnats, med undantag för kopplingsslitsen 5.According to the invention, it is preferred to arrange a plurality of microwave heating devices of the type described so that a microwave heating system arises, in which several loads can be processed simultaneously and where efficient and even heating can be obtained even when the load 8 varies during the heating process. Such a system is shown schematically in Figures 3 and 4, where for reasons of clarity the microwave generation and feeding devices have been omitted, with the exception of the coupling slot 5.

Systemet i figurerna 3 och 4 innefattar åtta appa- rater av det slag som visas i figurerna 1 och 2. Sålunda är åtta applikatorer 31 anordnade i två parallella rader över en gemensam metallplatta 33, så att varje rad har fyra applikatorer. Varandra närbelägna applikatorer i varje rad är sicksackvis förskjutna i förhållande till varandra, på så sätt att kopplingsslitsarna hos dylika varandra närbelägna applikatorer är förskjutna i tvärled relativt varandra en viss sträcka. Med andra ord är 10 l5 20 25 30 35 512 162 9 applikatorernas kopplingsslitsar i en rad växelvis tvärs- förskjutna med halva sagda avstånd relativt radens mitt- linje. Varje applikatorrad värmer en tillhörande rad av laster 35 som uppbärs av ett gemensamt transportband 37.The system of Figures 3 and 4 comprises eight devices of the type shown in Figures 1 and 2. Thus, eight applicators 31 are arranged in two parallel rows over a common metal plate 33, so that each row has four applicators. Adjacent applicators in each row are zigzagged offset relative to each other, in such a way that the coupling slots of such adjacent applicators are offset transversely relative to each other a certain distance. In other words, the coupling slots of the applicators in a row are alternately transversely offset by half said distance relative to the center line of the row. Each applicator row heats an associated row of loads 35 carried by a common conveyor belt 37.

Applikatorerna 31 har alla längs sin omkrets utàt- gàende flänsar 39 (motsvarande flänsarna 21 och 22 i figur 1) vid sin öppna ände, varvid flänsarna hos var- andra närliggande applikatorer är sammankopplade så att ovanifràn sett en helt sluten struktur àstadkommes. Vid kopp- lade till vertikala metalliska sidoelement 41, 43, vilka är anlsutna till metallplåten 33, så att en helt sluten systemets tvâ längssidor år respektive flänsar 39 tunnelliknande struktur fås.The applicators 31 all have outwardly extending flanges 39 (corresponding to the flanges 21 and 22 in Figure 1) at their open end, the flanges of each other adjacent applicators being interconnected so that a completely closed structure is achieved from above. When connected to vertical metallic side elements 41, 43, which are connected to the metal plate 33, so that a completely longitudinal side of the closed system and flanges 39, respectively, of the tunnel-like structure is obtained.

I figur 3 antyds typiska horisontella H-fältsslingor 45 för den föredragna moden TMü_i den slutna änden av applikatorerna. Det framgår att sicksackförskjutningen av applikatorerna i en rad gör att ett jämnt värmnings- mönster erhàlls, då förskjutningen görs med en sträcka sådan att tvärsförskjutningen mellan två varandra när- liggande applikatorslitsar 5 är omkring en halv lillaxel hos »ellipserna». För en mikrovågsfrekvens av 2,46 GHz har det befunnits att en förskjutning pà omkring 32 mm är fördelaktig. Denna motsvarar en förskjutning pà omkring en kvarts fri mikrovåglângd.Figure 3 indicates typical horizontal H-field loops 45 for the preferred mode TMü_in the closed end of the applicators. It can be seen that the zigzag displacement of the applicators in a row results in an even heating pattern, when the displacement is made with a distance such that the transverse displacement between two adjacent applicator slots 5 is about half a small axis of the «ellipses». For a microwave frequency of 2.46 GHz, it has been found that an offset of about 32 mm is advantageous. This corresponds to a displacement of about a quarter of a free microwave length.

Såsom visas i figur 3 används ett lämpligt avstånd i tvärsled mellan de två parallella raderna av applika- torer, vilket i kombination med ovannämnda sicksack- förskjutning hos applikatorerna i en rad ger ett totalt sett jämnt värmningsmönster, d.v.s. över värmningssyste- mets hela bredd.As shown in Figure 3, a suitable transverse distance between the two parallel rows of applicators is used, which in combination with the above-mentioned zigzag displacement of the applicators in one row gives an overall even heating pattern, i.e. over the entire width of the heating system.

Då ett mikrovågsvârmningssystem enligt uppfinningen används kommer mikrovågsenergin i varje applikator att bli välbegränsad av denna och den samverkande metall- plàten, sà att en förvånansvärt låg kopplingsgrad (så kallad överhörning) uppstår mellan till varandra gränsan- de applikatorer, utöver lågt läckage till omgivningen vid de tvà slitsliknande öppningarna i det tunnelliknande 10 l5 20 25 30 35 512 162 lO lastutrymmet. Den mycket låga kopplingen mellan varandra närliggande applikatorer undanröjer risken för att kon- trollen över värmningsmönstret skall förloras, liksom effektförluster till följd av ömsesidig påverkan mellan de olika mikrovågsgeneratorerna (d.v.s. en generator för varje applikator).When a microwave heating system according to the invention is used, the microwave energy in each applicator will be well limited by this and the cooperating metal plate, so that a surprisingly low degree of coupling (so-called crosstalk) occurs between adjacent applicators, in addition to low leakage to the environment. the two slot-like openings in the tunnel-like 10 l5 20 25 30 35 512 162 10 load space. The very low coupling between adjacent applicators eliminates the risk of losing control of the heating pattern, as well as power losses due to mutual influence between the different microwave generators (i.e. one generator for each applicator).

Det bör särskilt observeras att de avlånga H-fält- slingorna riktade såsom diskuterats och visas i figur 3 medför att de strömmar som induceras i applikatorväggarna vid dess öppna ände blir riktade så att mycket lågt läckage uppstår i lastens transportriktning genom last- utrymmet, såväl som ut från lastutrymmet vid dess öpp- ningar. Detta är av primär betydelse. Strömmar som ger fälteffekter i tvärsled är av mindre betydelse på grund av innestängningen i denna riktning och det faktum att en viss samverkan mellan parallella applikatorrader där skilda laster värms också vanligen är av mindre betydelse.In particular, it should be noted that the elongated H-field loops directed as discussed and shown in Figure 3 cause the currents induced in the applicator walls at its open end to be directed so that very low leakage occurs in the load transport direction through the cargo space, as well as out of the cargo space at its openings. This is of primary importance. Currents that provide field effects in the transverse direction are of less importance due to the confinement in this direction and the fact that a certain interaction between parallel applicator rows where different loads are heated is also usually of less importance.

Det bör observeras att då en kvartsvågsresonant/ Brewstermod med successiv eller automatisk ändring sins- emellan beroende på lastens s används, inga läckageprob- lem uppstår då Brewstermoden dominerar beroende på dess mycket låga mikrovågsreflektion vid lasten.It should be noted that when a quarter resonant / Brewster mode with successive or automatic change between them depending on the load s is used, no leakage problems arise as the Brewster mode dominates due to its very low microwave reflection at the load.

Det bör vidare observeras att en automatisk mod- förändring kan vara mycket fördelaktig då en last värms i ett system som har många i serie anordnade applikatorer, eftersom moderna och värmningseffekterna hos applika- torerna automatiskt och successivt anpassar sig till ett varierande s hos lasten, exempelvis beroende på uttork- ning av densamma.It should further be noted that an automatic mode change can be very advantageous when a load is heated in a system which has many applicators arranged in series, since the modern and heating effects of the applicators automatically and successively adapt to a varying s of the load, e.g. due to dehydration of the same.

Uppfinningen är inte begränsad till de utförings- former som beskrivits och diskuterats här. Ett flertal modifikationer och variationer är möjliga inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis behöver applika- torernas läge inte vara vertikalt utan kan anpassas till de specifika driftsförhàllandena. Olika konfigurationer av de ömsesidigt förskjutna mikrovågsvärmningsapparaterna lO 15 20 512 162 ll är också möjliga, beroende pà krav på längd och bredd hos mikrovàgsvärmningssystemet.The invention is not limited to the embodiments described and discussed here. A number of modifications and variations are possible within the scope of the appended claims. For example, the position of the applicators does not have to be vertical but can be adapted to the specific operating conditions. Different configurations of the mutually offset microwave heaters 10 15 512 162 II are also possible, depending on the length and width requirements of the microwave heating system.

Vidare är avvikelser från det rektangulära tvär- snittet möjliga, eftersom modteorin är oberoende av applikatorns tvärsnittsform. Dessutom kan man också tillåta att tvärsnittet varierar nàgot för att uppfylla krav pà högre impedans i tak-(matnings-)omràdet, vilket àstadkommes genom något större dimensioner där - eller behov att åstadkomma en starkare kvartsvàgsresonanseffekt (med alla dess fördelar) för laster med relativt högt e, vilket àstadkommes genom att applikatorn görs något smalare vid sin öppna ände. - Då cirkulära tvärsnitt används, är det fördelaktigt att välja endast högre ord- ningars moder som har ett kraftigt H-fält i centrum- området. De föredragna moderna är dà av typen TMUH där n är ett heltal.Furthermore, deviations from the rectangular cross-section are possible, since the fashion theory is independent of the cross-sectional shape of the applicator. In addition, it is also possible to allow the cross-section to vary slightly to meet requirements for higher impedance in the roof (feed) area, which is achieved by slightly larger dimensions there - or the need to achieve a stronger quartz resonance effect (with all its advantages) for loads with relatively high e, which is achieved by making the applicator slightly narrower at its open end. - When circular cross-sections are used, it is advantageous to choose only the mother of higher orders who has a strong H-field in the center area. The preferred modes are then of the type TMUH where n is an integer.

En annan, utrymmesbesparande utföringsform är att använda regelbundna sexkantiga applikatorer i ett bikake- mönster. Moderna i applikatorer med sådan tvärsnittsform kan approximeras med moderna i cirkulärcylindriska appli- katorer. Således gäller analoga begränsningar och före- dragna utföringsformer.Another, space-saving embodiment is to use regular hexagonal applicators in a honeycomb pattern. Modern in applicators with such a cross-sectional shape can be approximated with modern in circular-cylindrical applicators. Thus, analogous limitations and preferred embodiments apply.

Claims

10 15 20 25 30 35 512 162 12 PATENT REQUIREMENTS

A microwave heating apparatus operating at a fixed frequency and comprising a waveguide applicator having an open end and preferably a rectangular cross section and a longitudinal measurement from a first closed end to a second open end, the apparatus further comprising a metal plate opposite to said open end and parallel thereto located at such a distance therefrom that a load can be inserted into a space between said open end of the applicator and the plate, means for feeding microwaves of said determined frequency into the applicator so that they propagate through it from the closed end to the open end, wherein the applicator is dimensioned so that a quartz wave resonant mode can exist therein when the effective relative permittivity s of an inserted load is low, typically below about 40.

The microheater heating apparatus according to claim 1, wherein the applicator is dimensioned so that a Brewster mode can exist when the permittivity s of an inserted load is high, typically above 40.

Microwave heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the applicator is dimensioned and fed so that essentially only one dominant mode can exist.

A micro-heating device according to any one of the preceding claims, wherein the effective height dimension corresponds to a quarter wavelength of the mode in it.

Microwave heating apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the applicator is dimensioned so that a dominant mode of the TMm type can exist, where m is even and n is odd, preferably 1. 5 15 20 25 30 35 512 162 13

A microwave heater according to claim 4, wherein the applicator is dimensioned so that the dominant mode is of the TMQ type.

The microwave heating apparatus according to claim 6, wherein said microwave feeding means supplies a microwave frequency of 2460 MHz, the applicator having a first dimension of about 375 to 380 mm and a second dimension of about 300 mm, and the effective height of the applicator is about 180 to 200 mm.

Microwave heating apparatus according to any one of the preceding claims, wherein said means for feeding microwaves comprises a coupling slot arranged in the middle of the closed end of the applicator and parallel to a side wall of the applicator.

The microheater heating apparatus according to claim 8, wherein the coupling slot has an extent parallel to the short side of the rectangular cross section of the applicator.

A microwave heating apparatus according to claims 7 and 9, wherein the slot has a length of about 72 mm and a width of about 18 mm.

11. ll. Microwave heating systems comprising a plurality of microwave heating apparatuses according to any one of claims 1 to 10, wherein the apparatuses are zigzag shaped in at least one row.

The microwave heating system of claim 11, wherein adjacent microwave heaters in the row are mutually offset a distance corresponding to about a quarter of a free free microwave length.

A microwave heating system according to claim 11 or 12, wherein each microwave applicator has projecting transverse metal flanges at its open end, the flanges of adjacent applicators being interconnected.

14. Use of a dominant resonant quartz mode in an open-ended waveguide type microwave applicator for heating a load at the open end of the applicator.

Use of a dominant resonant quartz-mode / Brewster mode in an open-ended waveguide type microwave applicator for heating a load at its open end, the dominant mode being quartz-wave resonant when the effective relative permittivity s of the load is low and a Brewster mode when said s is high.